Der derzeitige Teilchenbeschleuniger (hier einer Tracker davon) des Brookhaven National Laboratory wird stillgelegt, um Platz für den Neuen zu schaffen

© The Brookhaven National Laboratory

Science
01/13/2020

USA bauen Teilchenbeschleuniger, der „Spin-Krise“ lösen soll

Die Errichtung des Electron-Ion Collider wird bis zu 2,6 Milliarden US-Dollar kosten.

Das US-Energieministerium hat jetzt bestätigt, was Wissenschaftler seit Jahren erhofft haben: den Bau des Electron-Ion Collider (IEC). Dabei handelt es sich um einen Teilchenbeschleuniger. Dieser lässt Elektronen und Protonen mit beinahe Lichtgeschwindigkeit zusammenstoßen.

Das Besondere beim IEC ist, dass die Drehung, bzw. der Spin der Protonen kontrolliert werden kann – so zumindest die derzeitige Theorie. Damit könnte ein über 30 Jahre altes Rätsel der Physik gelöst werden, berichtet Business Insider.

Die Spin-Krise

Protonen bestehen aus kleinen Teilchen, genannt Quarks. Diese werden durch Gluonen zusammengehalten. Diese Kraft ist 100-mal stärker als die elektromagnetische Strahlung von Röntgenstrahlen, Radiowellen oder dem sichtbaren Licht. Diese Kraft zu erforschen ist eine der Aufgaben des IEC.

Die Zweite ist das Lösen der „spin crises“ (Spin-Krise). Protonen drehen sich, ähnlich wie die Erde um die Sonne. In den Protonen drehen sich die Quarks. Dies passiert nur mit einem Viertel des Spins des Protons selbst. Physiker versuchen seit über 30 Jahren herauszufinden, warum das so ist. Dies soll gelingen, indem die Protonen im IEC im selben Spinwinkel kollidieren. Dies ist Physikern bisher noch nicht gelungen. Diese Kollisionen geben Wissenschaftlern eine Art 3D-Aufnahme der Quarks und damit hoffentlich neue Erkenntnisse.

Abgesehen davon soll der IEC aber auch praktische Nutzen haben. Mit den neuen Erkenntnissen über die Struktur von Atomen, könnten etwa Krebszellen gezielt vernichtet oder effektivere Akkus gebaut werden. Denkbar wäre auch, dass so neue Formen der Energiegewinnung entdeckt werden können.

Recycling

Der IEC wird im Brookhaven National Laboratory, in der Nähe von New York City, gebaut. Dieser Standort wurde gewählt, weil sich dort bereits ein Teilchenbeschleuniger befindet. Dieser soll bis 2024 stillgelegt werden. Einer der unterirdischen Ringe des bestehenden Teilchenbeschleunigers mit 3,8 Kilometern Umfang kann für den IEC teilweise weitergenutzt werden, was die Baukosten senkt.

Günstig wird der IEC aber dennoch nicht werden. Das Energieministerium rechnet mit 1,6 bis 2,6 Milliarden US-Dollar Baukosten. Man darf davon ausgehen, dass die Baukosten in den nächsten Jahren noch weiter ansteigend werden. Der IEC soll bis 2020 betriebsbereit sein. Zum Vergleich: Der LHC-Teilchenbeschleuniger von CERN in der Schweiz hat ca. 3 Milliarden Euro gekostet.